TCP 协议如何保证性能( 三 ) _tcp

如果连接建立期间，客户端机器由于异常挂掉怎么办？
实际上 TCP 连接存在保活计时器，如果客户端机器发生故障，服务端肯定不会白白浪费资源死等下去。每当服务端收到客户端消息都会刷新这个计时器，时间通常是两小时，如果两小时内服务端没有收到客户端的任何请求，服务端就会发送探测报文段，以后每隔75分钟发送一个探测报文段，如果一连十个探测报文段都没有回复，服务端认为客户端出现异常，主动断开连接。
确认应答机制
对于内存较大的数据，一个报文肯定不足以完全传输，此时就需要分批次发送。为了使客户端时刻了解服务端接受了哪些数据，TCP 采用确认应答的方式保证数据连续不丢失：
TCP 对每个字节的数据进行了编号，即序列号。每个 ACK 都带有确认序列号，意思是告诉发送者：我已经收到了哪些数据，下一次你要开始从哪里发。
超时重传机制
对于网络问题丢失的数据包，TCP 根据是否收到 ACK 确认数据包确定是否发送成功。如果规定时间内没有收到确认数据包，就认为该数据包丢失，重新发送。
上面我们列举了超时重传机制的一种，实际上包含两种情况：
然而对于由于网络问题滞留的数据包，就可能存在多发或者多答复的情况，在这种情况下，就可以根据序列号确认哪些消息有效、哪些消息无效，以此保证数据正常传输。
每次发送数据包之后的超时等待时长是动态改变的：
我们需要根据不同的网络环境找到最小的确认应答能够返回的时间。一般情况下，超时时长以 500ms 作为基本单位，每次发送数据后超时时长都以 500ms 的整数倍作为重传时间。重传一次仍等不到回答后，就等待 2 * 500ms 的等待时长，如果仍得不到回答就等待 4 * 500ms 的等待时长，以此类推。当等待时长达到最大界限后，TCP 认为网络或接收端出现异常，强制断开连接。
TCP 协议如何保证性能
上面我们简单介绍了 TCP 如何保证可靠性，下面我们来简单整理一下它如何保证高性能：
滑动窗口
前面整理关于 TCP 如何保证可靠性时，我们提到了确认应答机制：即对于每个数据包，都需要收到它对应的确认数据包后才继续向下发送。这种做法虽然可以保证数据的完整性以及安全性，但是很影响性能：每个数据包必须等到前一个数据包发送并确定完毕后才能发送，如果整体网络环境较差，每次确定时间较长，那么排在后面的数据包将耗费大量的时间等待。
为了解决这个问题，TCP 提出了窗口的概念：每次发送多个数据包，发送完毕后等待接收方确定，根据接受方返回结果确定下次发送的数据包。窗口在这里就表示无需等待确定，可以直接发送的数据包的最大值。
举个例子：假设每个数据包最多包含1000字节的数据。发送4000字节的数据时就需要发送4次。假如此时窗口的大小为4000，那么就需要直接发送这四个数据包，无需依次等待确定。
如上图所示，当使用大小为4000的窗口时，每次可以发送4个数据包，等收到接受端确定后，根据接收端返回结果发送新的数据包。
如上图所示，每次收到确认号后，窗口向右滑动，因此有时也称滑动窗口。操作系统内核为了维护窗口的滑动，需要开辟发送缓冲区来记录当前还有哪些数据没有应答。只有收到 ACK 确认过的数据才能从缓冲区中清除。
使用滑动窗口发送数据过程中，有可能存在数据包丢失的情况，一般情况下有这两种情况：
发送过程中丢失：
当某一个数据包丢失后，接收方会一直返回相同的 ACK 提醒发送方自己需要哪些数据。当客户端收到3个相同的确认号后，则重新发送丢失的数据包。这种重传机制也被称为高速重发机制。